(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ回転子であって、
外周面に永久磁石が設けられる円環状の外側コアと、
前記外側コアの内側に配置され、内周面にシャフトが嵌合される円環状の内側コアと、
前記外側コアの内周面と前記内側コアの外周面とによって形成される円環状の収容部に介在する弾性体と、
を備え、
前記収容部には、半径方向の間隙幅が微小となる複数の微小間隙部を有し、該微小間隙部は該間隙幅が周方向に連続的に変化し、
前記外側コアは、内周面の周方向の等間隔に半径方向内方に突出する複数の外側凸部を有し、
前記内側コアは、外周面の周方向の等間隔でかつ隣接する前記外側凸部の間に半径方向外方に突出する複数の内側凸部を有し、
前記外側コアあるいは前記内側コアの少なくとも一方において、隣り合う前記凸部の間の周面の周方向中心部に、前記収容部側に膨らむ膨出部がそれぞれ形成され、
前記微小間隙部は、前記外側凸部あるいは前記内側凸部の少なくとも一方と、前記膨出部とで形成され、
前記外側凸部と膨出部とでできる前記微小間隙部における軸中心からの径方向距離は、前記内側凸部の先端面における軸中心からの径方向距離よりも短く、あるいは、
前記内側凸部と膨出部とでできる前記微小間隙部における軸中心からの径方向距離は、前記外側凸部の先端面における軸中心からの径方向距離よりも長い
ことを特徴とするモータ回転子。
【請求項２】
前記膨出部は、平面視半円形状に突出する突起によって形成されていることを特徴とする請求項２に記載のモータ回転子。
【請求項３】
前記微小間隙部の前記間隙幅の最狭部は、０．０１乃至１．００ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ回転子。
【請求項４】
前記外側凸部と前記内側凸部の個数は、５以上の素数であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のモータ回転子。
【請求項５】
前記弾性体は、前記外側コアと前記内側コアとを配置した所定の金型に溶融したエラストマを流し込んで固化することによって、前記外側コアと前記内側コアに密着していることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のモータ回転子。
【請求項６】
固定子と、
前記固定子に対して回転自在に支持される請求項１乃至５の何れかに記載のモータの回転子と、を備えることを特徴とするモータ。
【請求項７】
固定子と、
前記固定子に対して回転自在に支持される請求項１乃至６の何れかに記載のモータ回転子と、を備え、
前記回転子の前記微小間隙部の最狭部の前記間隙幅ｇ１は、前記回転子の外周面と前記固定子の内周面とによって形成される半径方向の間隙のうちの最狭部の間隙幅ｇ２よりも、小さいことを特徴とするモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアコンの室外機におけるファンモータ等の各種電気機器に搭載されるモータおよびモータ回転子に関する。
【背景技術】
【０００２】
エアコンの室外機におけるファンモータ等に使用されるモータは、省エネ化の要請を受けて高効率化が進められ、ＡＣモータからＤＣブラシレスモータへの置き換えが進んでいる。しかし、ＤＣブラシレスモータは、コギングトルクによる振動や固定子の通電によるリップル振動が発生するため、実機搭載時に騒音が発生することがある。その騒音対策として、モータ回転子にゴムやエラストマのような弾性体を埋設する防振構造をとる方法が知られている（特許文献１乃至５参照）。
【０００３】
例えば、特許文献１では、モータ回転子の鉄心コアを内側と外側に分割し、その間に形成される環状の間隙に弾性体をはめ込む構成である。特許文献２乃至４では、同時に鉄心コアを分割した内側と外側のコアの間に形成される環状の間隙に弾性体を射出成形によって一体成形する構成である。さらに、特許文献５では、鉄心コアの上下端のみを連結することで内側と外側を一部連結する構成である。
【０００４】
【特許文献１】特許３６８９８７７号公報
【特許文献２】特開２００４−２９７９３５号公報
【特許文献３】特開昭５９−８６４４４号公報
【特許文献４】特許３３６４９６０号公報
【特許文献５】特開２００５−３４８５１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１乃至４のように、モータ回転子の鉄心コアを内側と外側に分割する構成では、モータ回転子で発生した振動が弾性体にて吸収されるため、その振動がシャフトへ伝搬しにくい構成となる。しかしながら、このような鉄心コアは、振動を吸収する効果と、内側コアと外側コアとの同軸度の確保を同時に満足させることが難しい。両コアの同軸度が低下すると、モータ回転子の動バランスが低下し、回転が不安定となり振動や騒音を発生する。
【０００６】
本発明は、上述した公知技術に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、同軸度が低下しにくい防振構造をもつモータ回転子およびモータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のモータ回転子は、外周面に永久磁石が設けられる円環状の外側コアと、前記外側コアの内側に配置され、内周面にシャフトが嵌合される円環状の内側コアと、前記外側コアの内周面と前記内側コアの外周面とによって形成される円環状の収容部に介在する弾性体と、を備え、前記収容部には、半径方向の間隙幅が微小となる複数の微小間隙部を有し、該微小間隙部は該間隙幅が周方向に連続的に変化し、前記外側コアは、内周面の周方向の等間隔に半径方向内方に突出する複数の外側凸部を有し、前記内側コアは、外周面の周方向の等間隔でかつ隣接する前記外側凸部の間に半径方向外方に突出する複数の内側凸部を有し、前記外側コアあるいは前記内側コアの少なくとも一方において、隣り合う前記凸部の間の周面の周方向中心部に、前記収容部側に膨らむ膨出部がそれぞれ形成され、前記微小間隙部は、前記外側凸部あるいは前記内側凸部の少なくとも一方と、前記膨出部とで形成され、前記外側凸部と膨出部とでできる前記微小間隙部における軸中心からの径方向距離は、前記内側凸部の先端面における軸中心からの径方向距離よりも短く、あるいは、前記内側凸部と膨出部とでできる前記微小間隙部における軸中心からの径方向距離は、前記外側凸部の先端面における軸中心からの径方向距離よりも長いことを特徴とする。
【０００８】
つまり、このモータ回転子では、その弾性体が、モータ回転子で発生する振動を吸収する緩衝材として作用する。外側コアと内側コアとの同軸度のずれは、その微小間隙部によって最小にすることができるが、その微小間隙部の間隙幅が周方向に連続的に変化して振動が伝搬する経路が僅少であるため、振動が伝搬しにくくなっている。
【０００９】
また、本発明のモータ回転子によれば、前記膨出部は、平面視半円形状に突出する突起によって形成されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明のモータ回転子によれば、前記微小間隙部の前記間隙幅の最狭部は、０．０１乃至１．００ｍｍであることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のモータ回転子によれば、前記外側凸部と前記内側凸部の個数は、５以上の素数であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明のモータ回転子によれば、前記弾性体は、前記外側コアと前記内側コアとを配置した所定の金型に溶融したエラストマを流し込んで固化することによって、前記外側コアと前記内側コアに密着していることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、モータであって、固定子と、前記固定子に対して回転自在に支持される前記モータ回転子と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、モータであって、固定子と、前記固定子に対して回転自在に支持される前記モータ回転子と、を備え、前記回転子の前記微小間隙部の最狭部の前記間隙幅ｇ１は、前記回転子の外周面と前記固定子の内周面とによって形成される半径方向の間隙のうちの最狭部の間隙幅ｇ２よりも、小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のモータ回転子は、同軸度が低下しにくい防振構造をもつため、低振動および低騒音を実現することができる。また、本発明のモータは、同軸度が低下しにくい防振構造をもつモータ回転子を有するため、低振動および低騒音を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明に係るモータ回転子およびモータの一実施形態について、エアコンの室外機に搭載されるファンモータを用いて、図１乃至５を参照しながら説明する。
【００１７】
図１に示すモータ１は、ＤＣブラシレスモータであって、固定子２と、この固定子２の半径方向内方において回転自在に支持されたモータ回転子３（以下、回転子という）とを備えている。固定子２は、円環状の鉄心コア２１に設けられた９個の磁極部２２にコイル２３が巻回され（極数Ｓが９極）、そのコイル２３の端部が回路基板２４に電気的に接続され、これら部材間の隙間を含む表面全体に合成樹脂が充填されると共にモータ１の外枠２５もその合成樹脂によって形成されている。
【００１８】
回転子３は、円環状の鉄心コア３１の内周面に円柱状のシャフト３２が圧入固定され、その外周面に８個の円弧状に湾曲した板状のマグネット３３が接着剤によって固着されている。マグネット３３の外周面の曲率は、内周面の曲率よりも大きい。８個のマグネット３３によって、極数Ｐが８極のロータマグネット３３Ｍを構成する。鉄心コア３１は、半径方向の内側に位置する円環状の内側コア３４と、外側に位置する円環状の外側コア３５と、内側コア３４と外側コア３５との間の円環状の間隙によって形成される収容部３６に介在する弾性体３８とからなる（詳細は後述）。回転子３は、一対の軸受４によって固定子２に対して回転自在に支持されている。シャフト３２の先端には、ファン（図示略）が取り付けられ、回転子３の回転によりファンも回転する構成となっている。
【００１９】
固定子２のコイル２３に所定の方式で通電されると、各磁極部２２から回転磁界が発生し、この回転磁界に回転子３のロータマグネット３３Ｍの磁界が作用し磁気的に吸引及び反発を繰り返して回転子３が回転する。
【００２０】
次に回転子３の詳細な構成について説明する。図１、２に示すように、内側コア３４は、複数枚の珪素鋼板を積層してなるもので、シャフト３２が嵌合される嵌合孔が中心にある円環状部３４ａと、円環状部３４ａの外周面の周方向等間隔の五カ所から半径方向外方に突出する５個の内側凸部３４ｂとからなる。内側凸部３４ｂは、付け根から先端までほぼ同じ幅で突出し、先端で円弧状に突出することによって、平面視略Ｔ字状に形成されている。一方、外側コア３５についても、複数枚の珪素鋼板を積層してなるもので、ロータマグネット３３Ｍが固着される外周面を有する円環状部３５ａと、円環状部３５ａの内周面の周方向等間隔の五カ所から半径方向内方に突出する５個の外側凸部３５ｂとからなる。外側凸部３５ｂは、付け根から先端までほぼ同じ幅で突出することによって、平面視略Ｉ字状に形成されている。また、外側コア３５にて、隣接する外側凸部３５ｂの間の内周面の周方向中心部には、半径方向内方に膨らむ膨出部３５ｃがそれぞれ形成されている。この膨出部３５ｃは、両側の外側凸部３５ｂに比べて突出長さが僅かで、先端は平面視半円形状でその内周面に滑らかにつながっている。
【００２１】
これら内側コア３４と外側コア３５とは、図２より明らかなように、内側凸部３４ｂが、隣接する外側凸部３５ｂの間に位置し、内側凸部３４ｂの中心が膨出部３５ｃの中心に微小間隙を介して対向し、一方、外側凸部３５ｂが、隣接する内側凸部３４ｂの間に位置し、外側凸部３５ｂの中心がその内側凸部３４ｂの間の外周面の周方向中央に対向する。
【００２２】
つまり、内側凸部３４ｂが、隣接する一対の外側凸部３５ｂと円環状部３５ａとで形成される内向きの凹部３５ｄに収容され、外側凸部３５ｂが、隣接する一対の内側凸部３４ｂと円環状部３５ａとで形成される外向きの凹部３４ｄに収容されるようにして、内側コア３４と外側コア３５とは、互いに非接触で、かつそれぞれの凹凸部分が周方向に交互に噛み合うように構成されている。
【００２３】
収容部３６は、それら内側凸部３４ｂと外側凸部３５ｂとからなる平面視凹凸形状に対応した空隙が円環状に連続した構成となっている。そして、収容部３６には、内側凸部３４ｂと膨出部３５ｃとで形成される第一微小間隙部３６ａと、外側凸部３５ｂと内側コア３４の外周面とで形成される第二微小間隙部３６ｂとを有している。第一微小間隙部３６ａは、図３に示すように平面視の外周面の曲率が小さい内側凸部３４ｂと、平面視の内周面の曲率が大きい膨出部３５ｃとが半径方向に対向するため、この第一微小間隙部３６ａの半径方向の間隙幅は、内側凸部３４ｂと膨出部３５ｃの中心部を通る中心線Ｌ１上に形成される間隙３５ｃ１が最狭で、中心線Ｌ１から周方向に離れるにつれて連続的に大きくなるように形成されている。その間隙３５ｃ１の間隙幅をｇ１、第二微小間隙部３６ｂの間隙幅をｇ３、回転子３の外周面と固定子２の内周面とによって形成される半径方向の間隙のうち最挟部（磁極部２２の内周面と、マグネット３３の外周面の周方向中央とで形成される間隙）の間隙幅をｇ２、弾性体３８の圧縮係数をｔとすると、第一及び第二微小間隙部３６ａ、３６ｂの圧縮量は、ｔ・ｇ１で及びｔ・ｇ２と表すことができ、これら各間隙の関係は、ｇ１≒ｇ３＜(ｇ２／ｔ)となる。例えば、回転子３の直径が４０ｍｍ程度の大きさのとき、弾性体３８等の寸法のバラツキを考慮して、ｇ１は０．０１〜１ｍｍ程度に、ｇ３は０．０１〜１ｍｍ程度に、ｇ２は０．３〜１．５ｍｍ程度である。
【００２４】
弾性体３８は、その凹凸状の収容部３６に設けられる円環状弾性部３８ａと、内側凸部３４ｂ及び外側凸部３５ａの上端面にまたがって円環状に設けられる上側弾性部３８ｂと、内側凸部３４ｂ及び外側凸部３５ａの下端面にまたがって設けられる下側弾性部３８ｃとからなる。この弾性体３８は、内側コア３４と外側コア３５とを配置した金型に、溶融したエラストマを流し込み、固化させて形成されている。このエラストマとは、熱可塑性エラストマやゴムである。熱可塑性エラストマは、弾性特性、強度、成形性、耐久性、コストなどにおいて有利である。このようにして弾性体３８が形成されることにより、この弾性体３８を介して互いに非接触の内側コア３４と外側コア３５が一体化される（これを中間組立体という）。そして、この中間組立体にシャフト３２及びロータマグネット３３Ｍを固定することにより、回転子３が完成する。
【００２５】
このような回転子３は、弾性体３８によって、この回転子３で発生した振動が吸収されるため、シャフト３２およびこれに取り付けられるファンが安定して回転する。それによって、回転子３の振動が軸受４を介して固定子２へ伝わることも防止でき、このモータ１は低振動化及び低騒音化する。
【００２６】
ところで、回転子３は、上述のように内側コア３４と外側コア３５とは非接触であって、両コアよりも軟らかい弾性体３８によって連結する構成であるため、回転子３に特定の方向に過負荷がかかったり、特定の部位の弾性体３８の硬度が低下したりすると、内側コア３４と外側コア３５との同軸度が低下する恐れがある。それによって、回転子３の動バランスが低下し不安定な回転となったり、回転子３が固定子２に接触したりする等の不具合が発生する。
【００２７】
しかしながら、この回転子３では、内側コア３４と外側コア３５とが相対的に半径方向に移動しようとしても、周方向に等配して配置された複数の第一及び第二微小間隙部３６ａ、３６ｂの何れかで移動規制されるため、その同軸度が大幅に低下することはない。即ち、その同軸度のずれは、第一及び第二微小間隙部３６ａ、３６ｂに介在する弾性体３８の圧縮量に依存し、ｔ・ｇ１又はｔ・ｇ３以下となる。これら圧縮量ｔ・ｇ１又はｔ・ｇ３は、上述のように間隙幅ｇ３よりも小さいため、回転子３が固定子２に接触することはない。また、その同軸度のずれがｔ・ｇ１又はｔ・ｇ３以下であれば、回転子３の動バランスが低下しても回転特性に実質的に影響する程ではない。
【００２８】
第一微小間隙部３６ａは、前述のように内側コア３４と外側コア３５との相対的な移動を最小にするだけでなく、内側コア３４および外側コア３５の何れか一方で発生した振動を他方へ伝搬しにくい構成となっている。第一微小間隙部３６ａは、収容部３６において弾性体３８が肉薄のため振動を吸収する効果は低いが、第一微小間隙３６ａは、上述のようにその間隙幅が周方向に連続的に変化するため、その一方で発生した振動が他方へ伝搬する経路が僅少となり、よって振動伝搬しにくい。
【００２９】
弾性体３８は、上述のように内側凸部３４ｂと外側凸部３５ｂとからなる凹凸形状に対応した空隙が円環状に連続してなる収容部３６に設けられるため、内側コア３４および外側コア３５との密着面積が大きい。両者間の摩擦抵抗が大きいと、弾性体３８と内側コア３４または外側コア３５との密着が強固となる。また、内側凸部３４ｂは凹部３５ｄに収容され、外側凸部３５ｂは凹部３４ｄに収容されるようにして周方向に交互に噛み合う構成であるため、弾性体３８が内側コア３４と外側コア３５とによって半径方向だけでなく周方向にも挟持され、弾性体３８が破断されにくくなっている。加えて、仮に回転時に弾性体３８が破断したり、弾性体３８と両コア３４、３５との密着が崩れたりしても、内側凸部３４ｂと外側凸部３５ｂとの一方が他方に向けて回動したところで、それ以上の回動が規制される。そのため、回転状態は不安定になるものの回転はすることができるため、モータ１の損傷を最小にすることができる。
【００３０】
回転子３の内側凸部３４ｂおよび外側凸部３５ｂの個数Ｒ（５個）は、５以上の素数であるため、回転子３のコギングトルクと固有振動数とに共振しにくくなっている。
【００３１】
以上、本発明のモータ回転子およびモータの一実施形態について説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、種々の変更が可能である。
【００３２】
例えば、上記実施形態の回転子３では、第一微小間隙部３６ａだけが半径方向の間隙幅が周方向に連続的に変化する構成としていたが、このような間隙形状を第二微小間隙部３６ｂに設けても良い（図示略）。また、図４に示すように、第一および第二微小間隙部３６ａ、３６ｂの両方にそのような間隙形状を設けても良い。また、弾性体３８に対する内側コア３４および外側コア３５との摩擦抵抗が大きいか、回転子３が低速で回転方向に過度の力が作用しないような場合には、内側凸部３４ｂおよび外側凸部３５ｂの両方を（図５参照）、または何れか一方を（図示略）を省略しても良い。また、弾性体３８は、両コア３４、３５に対して射出成形により密着しているが、収容部３６に対応した形状の成型品をはめ込んで固定するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係るモータ回転子及びモータの一実施形態を示す断面図。
【図２】図１のモータ回転子を中心に上方から見た平面図。
【図３】図２のモータ回転子の要部を拡大した平面図。
【図４】図１におけるモータ回転子の一実施形態の変形例を示す平面図。
【図５】図１におけるモータ回転子の一実施形態の他の変形例を示す平面図。
【符号の説明】
【００３４】
１  モータ
２  固定子
２１  鉄心コア（固定子側）
２２  磁極部
２３  コイル
２４  回路基板
２５  外枠
３  回転子
３１  鉄心コア（回転子側）
３２  シャフト
３３  マグネット
３３Ｍ  ロータマグネット
３４  内側コア
３４ａ  円環状部
３４ｂ  内側凸部
３５  外側コア
３５ａ  円環状部
３５ｂ  外側凸部
３５ｃ  膨出部
３５ｃ１  間隙
３６  収容部
３６ａ  第一微小間隙部
３６ｂ  第二微小間隙部
３８  弾性体
３８ａ  円環状弾性部
３８ｂ  上側弾性部
３８ｃ  下側弾性部
４  軸受
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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